Nghiên cứu tải trọng động cho thiết kế hệ thống truyền lực ô tô tải thông dụng sản xuất tại Việt Nam

kích thích của mô men động cơ cần thiết phải xác định các tần số riêng của hệ thống và tần số kích thích của động cơ. Luận án sử dụng mô hình 5 khối lượng với 4 khâu đàn hồi để tính toán tần số riêng của HTTL [43, 48] như trên hình 3.4. Kết quả tính toán tần số riêng của HTTL ở các tay số được thể hiện ở bảng 3.2. Hình 3.4 Mô hình tính toán tần số riêng với 4 khâu đàn hồi 4 Trong đó: Ii (i = 1 ÷ 5) lần lượt là mô men quán tính quy dẫn của động cơ và phần chủ động của ly hợp; phần bị động ly hợp, hộp số và các đăng; cầu chủ động; các bánh xe; khối lượng tịnh tiến của ô tô. E1 là hệ số đàn hồi của ly hợp, E2- của hộp số và các đăng; E3- của bán trục và E4- của lốp. Bảng 3.2 Tần số dao động riêng của HTTL Tay số Tần số riêng rad/s ω1 ω2 ω3 ω4 1 17,934 168,549 546,688 1170,837 2 24,947 158,085 511,424 996,018 3 37,422 147,778 475,248 1146,347 4 49,600 137,591 447,909 1400,711 5 63,838 238,107 576,463 1683,358 Có thể nhận thấy rằng, ở cả 5 tay số, mỗi tần số riêng nằm trong một vùng biến thiên nhất định và khoảng cách giữa các vùng này tăng dần theo tần số. 2.2 Xác định tần số kích thích của mô men động cơ Mô men xoắn của động cơ chính là hàm kích thích tác động vào HTTL có thể được mô tả bằng tổng của vô số hàm điều hòa thông qua phổ với các tần số góc là iω nhờ phân tích Fourier (công thức 3.14): M" = M$ + M' sin iωt + φ' .'/0 (3.14) Kết qủa tính toán (bảng 3.4) xác định được tần số của 04 hàm điều hoà đầu tiên của mô men động cơ ở đặc tính ngoài tương ứng với hai chế độ làm việc đặc trưng của động cơ là chế độ mô men cực đại Memax và chế độ suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất gemin. Bảng 3.4 Tần số và pha của các hàm điều hoà đến hài số 4 Chế độ Vận tốc góc (v/p) Tần số góc (rad/s) của các hàm điều hoà ω1 ω2 ω3 ω4 Memax 2000 376,8 753,6 1130,4 1507,2 gemin 2300 481,7 963,4 1445,1 1926,8 5 2.3 Đánh giá khả năng cộng hưởng Từ kết quả tính toán ở mục 2.1 và 2.2 ta thấy, khi động cơ hoạt động ở chế độ mô men cực đại Memax (2000 v/ph) thì không xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Ở chế độ suất tiêu hao nhiên liệu bé nhất gemin (2300 v/ph) thì khả năng cộng hưởng có thể xảy ra ở tay số 3 do tần số góc đầu tiên của động cơ (481,7 rad/s) rất gần với tần số riêng thứ ba của HTTL ở tay số này (475,248 rad/s). Để tránh nguy cơ xảy ra cộng hưởng cần thay đổi các thông số kết cấu của HTTL, trong đó giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất là thay đổi độ cứng của các lò xo giảm chấn trong ly hợp. 2.4 Hiệu chỉnh các thông số để tránh cộng hưởng Mục đích của bài toán là xác định độ cứng C1 của khâu đàn hồi E1 (chứa các lò xo giảm chấn) sao cho tất cả các tần số riêng của HTTL (ở mọi tay số) tránh xa các tần số kích thích của mô men động cơ ở chế độ gemin. Kết quả tính toán trong bảng 3.5 tương ứng với giá trị C1 = 8230 Nm/rad, khi đó tần số góc của dao động riêng thứ ba ở tay số 3 giảm xuống còn 471,3 rad/s, cách xa tần số góc 481,7 rad/s của mô men động cơ, đồng thời các tần số riêng khác ở tất cả các tay số cũng không trùng với các tần số kích thích của động cơ ở chế độ gemin. Bảng 3.5 Kết quả tính toán tần số dao động riêng với C1 = 8230 Nm/rad Tay số ω1 ω2 ω3 ω4 1 17,9 168,4 538,6 1170,3 2 24,9 157,8 505,3 994,3 3 35,7 146,9 471,3 1144 4 51,3 137,5 445,6 1398,4 5 64,2 236,8 576 1681,5 Trong thực tế, tần số kích thích của động cơ thay đổi theo vận tốc góc, nên rất khó để có thể tránh được cộng hưởng ở mọi chế độ. 3. Tính toán tải trọng cực đại trong HTTL 3.1 Xây dựng mô hình tính toán 6 Mục đích của việc tính toán tải trọng cực đại là xác định giá trị tải trọng tối đa có thể xuất hiện trong HTTL với các thông số kết cấu đã được xác định trên đây. Trong nghiên cứu này, để tính toán tải trọng cực đại trong HTTL, Luận án sử dụng mô hình 1 khâu đàn hồi có 5 khối lượng với các thông số được quy dẫn về trục các đăng như trên hình 2.1 [48]. Hình 2.1 Sơ đồ tính toán tải trọng cực đại trong HTTL Trong đó: Ii (i = 1 ÷ 5) lần lượt là khối lượng quán tính quy dẫn về trục các đăng các cụm chi tiết: bánh đà và phần chủ động của ly hợp; phần bị động của ly hợp; các chi tiết của HTTL; các bánh xe chủ động; khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô. E là hệ số đàn hồi của trục các đăng. Các ly hợp L1 và L2 lần lượt mô tả ly hợp của ô tô và tương tác giữa bánh xe với mặt đường. 3.2 Tính toán tải trọng động cực đại trong HTTL 3.2.1 Phương pháp tính toán Để tính toán tải trọng (mô men xoắn) cực đại xuất hiện trong HTTL người ta coi hệ thống chịu tác động tức thời của mô men ma sát của ly hợp. Tải trọng cực đại trong HTTL ở mỗi trường hợp phụ thuộc vào trạng thái làm việc của các ly hợp L1 và L2 và tương quan giữa vận tốc góc giới hạn của đĩa ly hợp (ω2max) với vận tốc góc của bánh đà (ω1max). Trạng thái của các ly hợp này được mô tả bằng số 0 và số 1. Số 0 tương ứng với trường hợp ly hợp dính, còn số 1 thể hiện ly hợp bị trượt. Mô men xoắn trong HTTL tương ứng với các trường hợp trượt ly hợp L1 và L2 được ký hiệu 1230và 1234. Mô men 1567 là mô men quy dẫn cực đại (quy về hoặc trục các đăng). Kết quả phân tích các trường hợp để tính toán tải trọng động cực đại trong HTTL được thể hiện ở Bảng 2.1. Với các điều kiện tính toán khác nhau, ta thu được kết quả tính toán theo các trường hợp khác nhau. 7 Bảng 2.1 Các trường hợp tính toán mô men cực đại trong HTTL 3.2.2 Kết quả tính toán Với các trường hợp tính toán trong bảng 2.1, NCS đã xây dựng chương trình tính toán trong phần mềm Matlab. Với 3 chế độ tải trọng của ô tô là không tải, 100% và 150% tải, các kết quả tính toán ở tất cả các tay số được thể hiện trong các bảng 3.6, 3.7 và 3.8. Trong đó, Mmax là mô men cực đại xuất hiện trên trục các đăng, giá trị tải trọng động được đánh giá thông qua hệ số tải trọng động Kd = Mmax/Memax. 8 Kết quả trong bảng 3.6 cho thấy, ở các tay số 1 và số 2 mô men cực đại được tính theo trường hợp B3 (L1 = 0, L2 = 1). Nghĩa là, ly hợp không kịp trượt, còn bánh xe chủ động thì trượt quay trên đường. Ở các tay số còn lại, mô men cực đại đạt được khi ly hợp trượt, trong khi các bánh xe chủ động không trượt (trường hợp A2). Bảng 3.6 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ không tải Thông số Tay số 1 2 3 4 5 Mmax 2190,2 2670,5 2233,7 1412,5 919,2 Kd 1,0332 2,1366 3,1438 3,1629 3,17 Trường hợp B3 B3 A2 A2 A2 Hiện tượng các bánh xe chủ động bị trượt ở các tay số 1 và 2 là do các tay số này có tỷ số truyền lớn sinh ra mô men tại bánh xe vượt quá mô men bám. Bảng 3.7 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 100% tải Thông số Tay số 1 2 3 4 5 Mmax 3581,8 3632,3 2246,2 1417,8 922,1 Kd 1,67 2,906 3,161 3,175 3,18 Trường hợp B3 C3 A2 A2 A2 Trong trường hợp ô tô chở đủ tải theo định mức (bảng 3.7) thì tải trọng cực đại sinh ra ở các tay số trong các điều kiện tương tự như khi xe không tải, trừ tay số 2 được xác định theo trường hợp C3 (cả hai ly hợp đều trượt). Khi ô tô chở quá tải tới 150%, kết quả trong bảng 3.8 cho thấy giá trị mô men cực đại tăng mạnh ở các tay số 1 và 2 so với các trường hợp đã xét trên đây, trong khi ở các tay số còn lại các kết quả không khác biệt nhiều. Các trường hợp tính toán giống với khi xe chở đủ tải theo định mức. 9 Bảng 3.8 Hệ số tải trọng động cực đại ở chế độ 150% tải Thông số Tay số 1 2 3 4 5 Mmax 4407.34 4100.7 2254.4 1421.3 924.0 Kd 2.079 3.2809 3.173 3.1826 3.1863 Trường hợp B3 C3 A2 A2 A2 Bảng 3.9 và hình 3.12 so sánh mô men cực đại xuất hiện ở các tay số trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Bảng 3.9 So sánh hệ số tải trọng động ở các tay số Tay số Tải trọng Không tải 100% tải 150% tải 1 1.0332 1.67 2.079 2 2.1366 2.906 3.2809 3 3.1438 3.161 3.173 4 3.1629 3.175 3.1826 5 3.17 3.18 3.1863 Hình 3.12 Hệ số tải trọng động ở các chế độ tải khác nhau Có thể nhận thấy rằng, ở cả ba chế độ tải trọng của ô tô, hệ số tải trọng động tăng dần theo tay số và theo mức tải của ô tô. Tuy nhiên, hệ số Kd không thay đổi nhiều ở 3 số cuối. 0 1 2 3 4 1 2 3 4 5 K d Tay số Không tải 100% tải 150% tải 10 4. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới tải trọng động trong HTTL 4.1 Xây dựng mô hình mô phỏng HTTL Có thể xây dựng mô hình mô phỏng động lực học HTTL bằng nhiều phương pháp [42]. Tại nghiên cứu này, NCS ứng dụng phương pháp mạng liên kết (Bond graph Method) để mô tả dòng công suất của HTTL [39, 28,38, 27, ], từ đó thiết lập hệ các phương trình mô tả động lực học của HTTL. 4.1.1 Phương pháp mạng liên kết a) Xây dựng sơ đồ mạng liên kết hệ thống Phương pháp mạng liên kết được xây dựng dựa trên nguyên lý bảo toàn năng lượng. Mạng liên kết của một hệ thống vật lý (Hình 2.1) được cấu thành bởi các “phần tử” (A, B), các các liên kết (Đường nối P1P2) và “điểm liên kết” (P1, P2). Hình 2.1 Sơ đồ mạng liên kết - Phần tử: Thể hiện một đối tượng vật lý (chi tiết cơ khí, các phần tử trong hệ thống điện, cơ cấu chấp hành thủy lực, ). Các phần tử cơ bản trong mạng liên kết gồm phần tử quán tính (I), phần tử đàn hồi (C), phần tử cản (R), phần tử chuyển đổi (TF). - Liên kết: Liên kết mô tả dòng năng lượng và được đặc trưng bởi giá trị của dòng công suất liên tục được tính bằng tích của các thông số lực (effort) và dòng (flow). Trong đó, lực thể hiện cường độ của tương tác (điện áp, áp suất chất lỏng, lực,), dòng thể hiện sự biến đổi của lượng theo thời gian (cường độ dòng điện, lưu lượng chất lỏng, vận tốc chuyển động của một vật,). - Có hai dạng điểm liên kết trong mạng liên kết: điểm liên kết đồng lực (ký hiệu là “0”) là điểm giao nhau của các dòng năng lượng có cùng lực và điểm liên kết đồng tốc (ký hiệu là “1”) là điểm giao nhau của các dòng năng lượng có cùng giá trị dòng. 11 b) Thiết lập hệ phương trình động lực học của hệ thống Hệ phương trình của các biến trạng thái của hệ thống có dạng: 8 = 98 + :; Trong đó: x là biến trạng thái của hệ thống, trong nghiên cứu hệ thống chịu xoắn thì biến trạng thái là biến dạng (dịch chuyển) và mô men; A, B là ma trận các hệ số, u là ma trận ngoại lực tác dụng. 4.1.2 Xây dựng mô hình HTTL Để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến tải trọng động trong HTTL, NCS đã ứng dụng phương pháp mạng liên kết để xây dựng mô hình HTTL phục vụ cho việc khảo sát tải trọng động trong hệ thống. NCS tiến hành phân tích kết cấu và nguyên lý hoạt động của từng cụm chi tiết trong HTTL, từ đó xây dựng sơ đồ mạng liên kết cho từng cụm chi tiết và cho tổng thể HTTL (hình 2.23). Trong mô hình này, các đại lượng như khối lượng quán tính Ii, hệ số độ cứng Ci, hệ số cản nhớt Bi đặc trưng cho tính đàn hồi của hệ thống. Với mỗi liên kết trong HTTL (có chỉ số từ 1 đến 36) ta xác định được các biến lực (mô men hoặc lực) và dòng (vận tốc góc hoặc vận tốc dài) là các thông số động lực học của mỗi chi tiết (hoặc cụm chi tiết) trong HTTL. Hình 2.23 Sơ đồ mạng liên kết động lực học HTTL 12 Từ sơ đồ mạng liên kết trên hình 2.23, NCS thiết lập hệ các phương trình trạng thái của các phần tử trong HTTL, phương trình cân bằng năng lượng tại các điểm liên kết và từ đó biến đổi về phương trình của các biến trạng thái của HTTL như sau: = 1@AB (1D − 1F) (1) = 1@IJ (1F − 1K) (2) = 2NJO42NJO4 @JO + @2B 1K − 2NJO2NJO4 @JO + @2B 10P (3) = 2NRI24NRI24 (@2B + 2@SB) + 2(@T2 + @TO)10P− 2NRI2NRI24 (@2B + 2@SB) + 2(@T2 + @TO)140 (4) = 1@A7 (140 − U4QVA7) (5) = U4Q/Y − Z2. \ (6) =K = =H − =L (7) =0P = =LNJO − =0Q (8) =40 = =0QNRI2 − =4F (9) W4Q = =4FV] − W4L (10) 1K = ^JO =K + :JO=K (11) 10P = ^2B =0P + :JO=0P (12) 140 = ^AR =40 + :AR=40 (13) U4Q = ^A7 W4Q + :A7W4Q (14) 13 Từ 14 phương trình với 14 biến trạng thái trên, NCS đã sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để tính toán, xác định được tất cả các thông số động lực học của các cụm chi tiết trong HTTL, gồm các thông số mô men, vận tốc góc, biến dạng, Các thông số động lực học trên sơ đồ mạng liên kết HTTL hình 2.23 được xác định gồm: M7 và =K, M14 và =0P, M21 và =40lần lượt là mô men xoắn và vận tốc biến dạng xoắn trên trục sơ cấp hộp số, trục các đăng và bán trục; F26 là lực biến dạng đàn hồi của lốp xe; =0, =H, =L, =0Q Wà =4F lần lượt là vận tốc góc của các khối lượng quán tính các chi tiết phần bị động của ly hợp, hộp số, cầu chủ động và bánh xe; v26 là vận tốc biến dạng đàn hồi của bánh xe; v29 là vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe. 4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới tải trọng động trong HTTL a) Các thông số đầu vào của bài toán - NCS thực hiện bài toán mô phỏng động lực học HTTL với thông số của xe ô tô tải 3 tấn nhãn hiệu LIFAN 3070G1 là đối tượng nghiên cứu của luận án. - Mô men động cơ cực đại Memax = 290Nm, ne = 2000v/p ở đường đặc tính ngoài; - Mô men ma sát của ly hợp được giả thiết tuân theo quy luật sau: Mc = Mcmax(1 - e- kt); Trong đó, k là hệ số đặc trưng cho tốc độ đóng ly hợp, được tính theo thời gian đóng ly hợp τc: k = 3/τc , (trong các tính toán khảo sát, τc = 0,4 s). Mcmax là mô men ma sát cực đại của ly hợp, được tính như sau: Mcmax = β.Memax, với β là hệ số dự trữ mô men của ly hợp, được chọn: β = 2; - Xe khởi hành từ trạng thái đứng yên đường nhựa bằng phẳng, Va(0)= 0; - Lực cản tác dụng từ đường lên ô tô bao gồm cản lăn và cản do góc dốc, bỏ qua lực cản không khí do mô phỏng ở trạng thái khởi hành. 14 b) Các thông số khảo sát của bài toán - Thông số đặc trưng cho kết cấu của hệ thống, bao gồm: khối lượng quán tính, độ cứng xoắn, hệ số dữ trữ của ly hợp. Đây là những thông số đặc trưng bởi vật liệu chế tạo, hình dáng và kích thước của các chi tiết trong HTTL. Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số này tới tải trọng động sẽ góp phần tạo nên cơ sở lý thuyết phục vụ quá trình tính toán, thiết kế HTTL. - Thông số đặc trưng cho điều kiện vận hành của xe như: hệ số cản từ mặt đường, tải trọng của xe. - Thông số đặc trưng cho thao tác của người lái xe như: thời gian đóng ly hợp (hay tốc độ đóng ly hợp), vận tốc động cơ tại thời điểm bắt đầu đóng ly hợp. c) Chế độ khảo sát Chế độ khảo sát là: xe khởi hành ở tay số 2, mức chở tải là 100%, thời gian đóng ly hợp τc = 0,4s. d) Một số kết quả khảo sát NCS tiến hành khảo sát mô men và xác định hệ số tải trọng động (Kd) trên trục các đăng. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của một số thông số tới hệ số Kd được thể hiện ở các hình dưới đây: a) Mô men xoắn trong HTTL b) Giá trị mô men xoắn cực đại trên trục các đăng Hình 3.11 Tải trọng động trong HTTL khi thay đổi khối lượng quán tính hộp số 15 Hình 3.12 Ảnh hưởng của khối lượng quán tính hộp số tới Kd Hình 3.13 Ảnh hưởng của khối lượng quán tính trục các đăng tới Kd Hình 3.14 Ảnh hưởng của khối lượng quán tính BR TCL tới Kd Hình 3.15 Ảnh hưởng của hệ số độ cứng xoắn hộp số tới Kd Hình 3.16 Ảnh hưởng của hệ số độ cứng xoắn trục các đăng tới Kd Hình 3.17 Ảnh hưởng của hệ số độ cứng xoắn bán trục tới Kd Hình 3.19 Ảnh hưởng của hệ số dự trữ ly hợp tới Kd Hình 3.20 Ảnh hưởng của hệ số cản từ đường tới Kd 2.105 2.106 2.107 2.108 2.109 2.11 0.005 0.01 0.015 0.02 K d Ihs (kg.m2) 2.104 2.106 2.108 2.11 0.04 0.09 K d Icd (kg.m2) 2.107 2.1075 2.108 2.1085 0.0225 0.0425 0.0625 K d Jvc (kg.m2) 2.1 2.11 2.12 2.13 0 2000 4000 K d Chs (Nm/rad) 2.08 2.09 2.1 2.11 2.12 2.13 50 150 250 K d Ccd (Nm/rad) 1.8 2 2.2 2.4 26000 46000 66000 86000 K d Cbt (Nm/rad) 1.5 2 2.5 1.4 1.9 2.4 K d Hệ số dự trữ của ly hợp (a) 2.1 2.15 2.2 2.25 -0.05 0.15 0.35 K d Hệ số cản từ đường 16 a) Khi tốc động động cơ 1000 v/p b) Khi tốc độ động cơ 2000v/p Hình 3.21 Ảnh hưởng của tải trọng xe tới Kd Hình 3.22 Ảnh hưởng của thời gian (tốc độ) đóng ly hơp tới Kd Hình 3.23 Ảnh hưởng của vận tốc động cơ tới Kd Kết quả khảo sát cho thấy: - Khi thay đổi (tăng hoặc giảm) 50% giá trị khối lượng quán tính của hộp số, trục các đăng, cầu chủ động thì hệ số Kđ chỉ thay đổi đối đa đến 0,09%. Khi thay đổi (tăng hoặc giảm) tối đa đến 50% giá trị độ cứng xoắn của hộp số, trục các đăng, bán trục, bánh xe thì hệ số Kd thay đổi tối đa đến 8,27%. Như vậy, các thông số kết cấu như khối lượng quán tính và độ cứng của các bộ phận trong HTTL ảnh hưởng không nhiều tới hệ số tải trọng động. Mức độ ảnh hưởng của độ cứng tới tải trọng động lớn hơn so với ảnh hưởng của mô men quán tính. Kết quả khảo sát ở các tay số cho thấy hệ số tải trọng động cực đại nằm trong khoảng Kdmax = 2-3. Các tay số cao (có tỉ số truyền thấp) thì có Kd lớn. Kết quả khảo sát ở tay số 2, tốc độ động cơ khi đóng ly hợp là 2000v/p, thời gian đóng ly hợp là 0,1s thì khi khi tăng tải trọng từ 100% lên 150% tải thì Kd tăng lên đến 25%. 1.5 2 2.5 3 0 0.3 0.6 K d bc Kd(bc )-1000v/p 150% tải 100% tải 1.5 2 2.5 3 0 0.3 0.6 K d bc Kd(bc )-2000v/p 150% tải 100% tải 1.9 2 2.1 2.2 2.3 0.05 0.25 0.45 0.65 K d bc 0 1 2 3 700 1200 1700 2200 K d n0, v/p 17 - Khi thời gian đóng ly hợp tăng lên đến giá trị khoảng 0,5s và lớn hơn nữa thì Kd giảm rất chậm. - Vận tốc góc của động cơ lúc đóng hợp cũng ảnh hưởng lớn tới hệ số Kd. Kết quả khảo sát ở tay số 2, trong cùng điều kiện (100% tải, thời gian đóng ly hợp là 0,4s) thì Kd ở vận tốc động cơ 2000v/p tăng lên tăng 45% so với khi vận tốc động cơ ở 750v/p. - Tải trọng động trong HTTL (đặc trưng bởi hệ số Kd) chịu ảnh hưởng lớn bởi các thông số thời gian đóng ly hợp, tải trọng của xe, vận tốc động cơ khi đóng ly hợp. 5. Nghiên cứu thực nghiệm 5.1 Mục đích, đối tượng và các thông số đo a) Mục đích thí nghiệm: Mục đích của thí nghiệm là đo mô men xoắn trên trục các đăng trong quá trình khởi hành xe ở một số chế độ làm việc khác nhau, trên cơ sở đó xác định hệ số tải trọng động Kd phục vụ cho việc tính toán, thiết kế HTTL. b) Đối tượng thí nghiệm Đối tượng của thí nghiệm là HTTL của xe ô tô tải 3 tấn LIFAN 3070G1 được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam. c) Các thông số đo Các thông số cần đo trong thí nghiệm bao gồm: - Mô men xoắn trên trục các đăng (Nm); - Vận tốc góc phần chủ động và bị động của ly hợp, v/p; - Thời gian đóng ly hợp (thông qua tín hiệu lực bàn đạp, s); - Trọng lượng xe (N). 5.2 Phương pháp thí nghiệm xác định tải trọng động và thông số đánh giá Tải trọng động được xác định khi xe khởi hành từ trạng thái đứng yên, người lái thực hiện ngắt ly hợp, vào số cần thử và nhả nhanh bàn đạp ly hợp. Để đánh giá mức quá tải trong HTTL, người ta sử dụng hệ số tải trọng động Kd: 18 dB = 15671′D567 (4.1) Trong đó: Mmax là giá trị mô men lớn nhất xuất hiện khi đóng ly hợp đột ngột; M’emax là mô men cực đại của động cơ quy về vị trí xác định tải trọng động. Luận án đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm với các nội dung nghiên cứu chính như sau: - Dán điện trở tenzo lên trục các đăng để đo mô men. - Lựa chọn thiết bị truyền tín hiệu từ trục các đăng là bộ thiết bị thu phát không dây KMT RTSE600 (HBM - Đức). - Bố thí thiết bị thí nghiệm, hiệu chuẩn thiết bị đo mô men. - Lập quy trình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm đo tải trọng động trong HTTL khi xe khởi hành ở một số chế độ khác nhau. - So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính, mô phỏng lý thuyết và đánh giá độ tin cậy của phương pháp luận và độ chính xác của mô hình tính toán. 5.3 Thực hiện thí nghiệm 5.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hình 4.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo mô men xoắn trên trục các đăng ô tô tải: 1)Trục các đăng; 2) Tenzo ứng suất; 3) Bộ truyền phát tín hiệu đo; 4) Bộ thu tín hiệu đo; 5) Bộ khuếch đại tín hiệu đo và máy tính với phần mềm xử lý tín hiệu. 19 Hình 4.7 thể hiện sơ đồ bố trí các thiết bị đo trong thí nghiệm đo mô men xoắn trên trục các đăng xe ô tô tải, gồm 2 nhóm thiết bị: nhóm gắn trên trục các đăng và quay cùng với trục gồm có cầu điện trở tenzo và máy phát tín hiệu đo; nhóm cố định gồm máy thu tín hiệu đo, bộ khuếch đại tính hiệu và máy tính cùng với phần mềm xử lý tín hiệu. Sơ đồ bố trí thí nghiệm thực tế được thể hiện trên các hình 4.13, 4.14, 4.16, 4.17: Hình 4.13 Bộ phát tín hiệu không dây lắp trên các đăng Hình 4.14 Bộ khuếch đại tín hiệu DMC Plus kết nối với máy tính Hình 4.16 Cảm biến tốc độ đo số vòng quay của bánh đà và trục sơ cấp hộp số Hình 4.17 Cảm biến đo lực lắp trên bàn đạp ly hợp 5.3.2 Quy trình thí nghiệm Khi tiến hành thí nghiệm, người lái giữ bàn đạp ga để duy trì vận tốc động cơ không đổi ở giá trị định trước. Ngắt ly hợp và chuyển cần số vào vị trí tay số thí nghiệm, sau đó nhả bàn đạp với các tốc độ khác nhau. Thí nghiệm được thực hiện ở tay số 1 và 2 với 3 chế độ tải trọng của xe ô tô (không tải, 100% tải và 150% tải). 20 5.3.3 Kết quả thí nghiệm Kết quả thí nghiệm đo được là giá trị mô men trên trục các đăng (Nm), lực bàn đạp ly hợp (kG). Một số kết quả thí nghiệm được thể hiện trong các hình dưới đây: Hình 4.20b Mô men trên trục các đăng (Số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) Hình 4.20c Lực đạp bàn đạp ly hợp (Số 2, 150% tải, 2000v/p, 0,3s) Hình 4.21 Hệ số tải trọng động ở tay số 1, xe không tải, ne = 1500v/p Hình 4.22 Hệ số tải trọng động ở tay số 1, xe không tải, ne = 2000 v/p Hình 4.23 Hệ số tải trọng động ở tay số 1, xe đầy tải, ne = 2000 v/ph Hình 4.24 Hệ số tải trọng động ở tay số 1, 150% tải, ne = 2000 v/p -2000 0 2000 4000 0 2 4 6 8 10 12 14 M cd (N .m ) bc (s) -60-40 -20 0 20 0 2 4 6 8 10 12 14 F (k G ) bc (s) 0 0.4 0.8 1.2 0.15 0.3 0.45 0.6 K d bc 0 0.5 1 1.5 0.15 0.25 0.35 0.45 K d bc (s) 0 1 2 0.25 0.45 K d bc (s) 0 0.5 1 1.5 2 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 K d bc 21 Hình 4.25 Hệ số tải trọng động ở tay số 2, 150% tải, ne = 2000 v/p Trên hình 4.26 thể hiện kết quả thí nghiệm khởi hành xe ở tay số 1 với 3 mức tải trọng khác nhau (không tải, 100% tải và 150% tải) và vận tốc động cơ là 2000 v/ph. Hình 4.26 Đồ thị hệ số tải trọng động phụ thuộc tải trọng của xe (tay số 1, ne = 2000v/p) Kết quả trên đồ thị thực nghiệm cho thấy: - Hệ số tải trọng động kd tăng dần theo tốc độ đóng ly hợp; - Hệ số tải trọng động kd tăng theo tải trọng. Trên hình 4.27 mô tả đồ thị thí nghiệm thu được ở các tay số 1 và 2 trong cùng điều kiện thực hiện như nhau: 150% tải và vận tốc động cơ là 2000 v/p. 2 2.2 2.4 2.6 2.8 0.2 0.3 0.4 K d τc 0 1 2 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 K d bc (s) Ko tải 100% tải 150% tải 22 Hình 4.27 Đồ thị so sánh hệ số tải trọng động ở tay số 1 và tay số 2 Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong cùng điều kiện thí nghiệm như nhau, tải trọng động xuất hiện ở tay số 2 lớn hơn nhiều so với ở tay số 1. Điều này hoàn toàn phù hợp với quy luật đã biết. 5.3.4 So sánh kết quả lý thuyết và thí nghiệm: Để kiểm chứng mô hình nghiên cứu, NCS đã sử dụng mô hình mô phỏng ở Chương 3 để tính toán theo điều kiện thí nghiệm, để có thể so sánh, NCS đã sử dụng mô hình mô phỏng ở Chương 3 để tính toán theo điều kiện thí nghiệm. Chế độ so sánh được lựa chọn là tay số 2, ô tô chở 150% tải, vận tốc của động cơ khi khởi hành là 2000 v/ph. Khi thí nghiệm, để duy trì vận tốc động cơ ở 2000 v/ph, người lái giữ bàn đạp ga ở mức 70%. Dựa trên đặc tính của cục bộ của động cơ, tương ứng với độ mở bướm ga 70% ta có mô men xoắn cực đại là 200 Nm. So sánh 2 kết quả ta thấy, quy luật biến thiên tải trọng động theo tính toán lý thuyết và đo được bằng thực nghiệm là giống nhau. Sai lệch lớn nhất giữa kết quả tính toán mô phỏng kết quả thí nghiệm là 8,06%. Với những giả thiết đã chấp nhận khi xây dựng mô hình mô phỏng thì sai lệch này là có thể chấp nhận được. Sự so sánh các kết quả lý thuyết và thực nghiệm cũng được thể hiện bằng đồ thị trên hình 4.28. 1 1.5 2 2.5 3 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Số 2 Số 1 K d τc (s) 23 Hình 4.28 So sánh kết quả lý thuyết và kết quả thí nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Luận án đã sử dụng phương pháp mô phỏng và tính toán lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng để nghiên cứu các chế độ tải trọng nguy hiểm xuất hiện trong HTTL ô tô tải. 2. Trên cơ sở các thông số của xe tham khảo (LIFAN 3070G1), Luận án đã tính toán, xác định các tần số kích thích của động cơ ở hai chế độ đặc trưng: 2000v/p (tương ứng với mô men xoắn cực đại) và 2300v/p (tương ứng với suất tiêu hao nhiên liệu tối thiểu) và đối chiếu với các tần số riêng của HTTL nhằm đánh giá khả năng cộng hưởng ở các chế độ này. Trên cơ sở đó luận án xây dựng thuật toán tính toán hiệu chỉnh các thông số kết cấu của hệ thống truyền lực nhằm tránh cộng hưởng với dao động xoắn của động cơ. Thông số hiệu chỉnh là độ cứng của khâu C1 trên sơ đồ mô phỏng (các lò xo giảm chấn). 3. Kết quả tính toán tải trọng cực đại có thể xảy ra trong HTTL theo sơ đồ tính toán tối giản (một khâu đàn hồi) cho thấy, khi ô tô chở đủ tải, hệ số tải trọng động có thể đạt tới 1,67 ở tay số 1, tăng dần theo tay số và đạt tới 3,18 ở tay số cao nhất. Khi ô t